Максимальный фототок, созданный всеми фотоэлектронами пропорционален потоку световой энергии

Скорость фотоэлектронов зависит только от частоты падающего света и не зависит от его интенсивности.
Фотоэффект начинается с некоторой минимальной характерной для данного вещества частоты, которая получила название красной границы фотоэффекта.

Эти законы оказалась не в состоянии объяснить волновая теория света. Объяснение им дал в 1905 году Эйнштейн, разработавший квантовые представления о свете, согласно которым свет – это поток фотонов, частиц света, обладающих волновыми свойствами. Каждый фотон имеет минимальную при данной частоте порцию энергии, которая получила название кванта энергии. Квант энергии равен

e = hn,

где n – частота света, а h – постоянная Планка.

Для электронов, которые находятся вблизи поверхности вещества закон сохранения энергии при фотоэффекте запишется в виде

где hn – энергия фотона, поглощенного электроном, А_вых – работа выхода электронов из вещества, – кинетическая энергия электрона. Эта выражение получило название формулы Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

При поглощении электроном фотона на некоторой глубине внутри вещества, часть энергии кванта расходуется при случайных столкновениях в веществе, когда электрон движется к поверхности металла. Естественно, что при этом кинетическая энергия электрона вне вещества и его скорость будут несколько меньше, чем та, что дается уравнением

Используя такое представление о свете можно объяснить законы фотоэффекта следующим образом. Число фотоэлектронов пропорционально числу падающих на вещество фотонов. Так как поток световой энергии пропорционален числу падающих на вещество фотонов, а максимальный фототок пропорционален числу фотоэлектронов, то максимальный фототок пропорционален потоку световой энергии (1 закон).

Из уравнения Эйнштейна видно, что скорость фотоэлектронов υвозрастает при увеличении частоты падающего света ν и не зависит от его интенсивности (2 закон фотоэффекта), так как величины h, A, m являются постоянными.

При уменьшении частоты падающего света будет уменьшаться и энергия фотонов, что приведет к уменьшению кинетической энергии фотоэлектронов. При некоторой частоте ν₀ вся энергия поглощенного фотона будет расходоваться электроном на совершение работы выхода из вещества

Если частота падающего света меньше ν₀, то внешний фотоэффект не происходит, так как энергии поглощенного кванта не достаточно для совершения работы выхода электрона из металла: при . Формула (5.3) определяет красную границу фотоэффекта (третий закон фотоэффекта).